云制造的体系结构研究

2012-07-04唐国纯罗自强

制造业自动化 2012年9期

唐国纯，罗自强

TANG Guo-chun1, LUO Zi-qiang2

（1. 琼台师范高等专科学校信息技术系，海口 571100；2. 海南师范大学信息科学技术学院，海口 571100）

0 引言

随着信息技术在企业的广泛应用与发展，现代制造业的工作模式已经由传统的闭门造车式发展到跨平台、跨企业和跨地域的协同制造模式，制造企业间通过相互合作与协同达到企业利益共赢的共同目标变得越来越重要。当前的网络化制造虽然促进了企业基于网络技术的业务协同,但其体现的主要是一个独立系统,是以固定数量的资源或既定的解决方案为用户提供服务,缺乏动态性,同时缺乏智能化的客户端和有效的商业运营模式。“云计算”为解决当前网络化制造存在的问题提供了新的思路和契机 ,但云计算并没有提出制造即服务，不能很好的描述现代制造业的业务逻辑。为此“云制造”应运而生，被广大学者和工程技术人员关注。“云制造”的研究与应用将会加速推进中国制造业信息化向网络化、智能化、服务化方向发展。本文在讨论了云计算，云制造的概念的基础上，提出了一种云制造平台的总体结构，讨论了云制造的相关技术。

图1 云计算平台的整体架构

1 云计算与云制造

1.1 云计算及其体系结构

云计算是一种商业计算模型，它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使用户能够按需获取计算力、存储空间和信息服务。它是并行计算（Parallel Computing）、分布式计算（Distributed Computing）和网格计算（Grid Computing）的发展，或者说是这些计算科学概念的商业实现。同时云计算也是虚拟化（Virtualization）、效用计算（Utility Computing）、将基础设施作为服务IaaS（Infrastructure as a Service）、将平台作为服务PaaS（Platform as a Service）和将软件作为服务SaaS（Software as a Service）等概念混合演进并跃升的结果。云计算平台整体架构如图1所示。

1.2 云制造

云制造是把制造资源和制造能力在网上作为服务提供给所需要的用户。“云制造”融合了现有信息化制造及云计算、物联网、语义Web、高性能计算和能科学等新兴信息技术，是一种面向服务的、高效低耗和基于知识的网络化敏捷制造新模式。云制造是在云计算提供的IaaS （基础设施即服务）、PaaS（平台即服务）、SaaS（软件即服务）基础上的延伸和发展，它丰富、拓展了云计算的资源共享内容、服务模式和技术。从云计算概念到“云制造”概念，不难推论，若将“制造资源/制造能力”增加到IaaS中 ,云计算的计算模式和运营模式将为制造业信息化走向“敏捷化、绿色化、智能化、服务化”提供一种可行的新思路，并为云制造模式提供了理念基础。

2 云制造体系结构

2.1 云制造的运行与应用模式

在技术方面的拓展上，云制造技术融合云计算、物联网、高性能计算、面向服务的技术、智能科学技术与信息化制造等新技术。“云制造”的运行需要三大组成部分支撑：制造资源/制造能力、制造云池和制造全生命周期活动。它包括三类资源：制造资源提供者、制造资源的使用者和制造云的运营者，云制造的运行与应用模式如图2所示。制造资源提供者将制造资源和制造能力以服务的形式呈现，也就是云制造服务。云制造服务指制造企业实体将自身的制造过程(或能力)和管理过程( 或能力)以服务的形式发布在云中,同时支持云客户端在云中发现、匹配与组合优化这些服务, 形成整合服务,以满足云客户端个性化的制造服务需求。

图2 云制造的运行与应用模式

2.2 云制造虚拟资源构建

虚拟化是适用于所有云架构的一种基础性设计技术。在云制造虚拟资源构建中，除了云计算的计算虚拟化、存储虚拟化和网络虚拟化外，还应包括制造资源和制造能力的虚拟化。即云制造应共享四种类型资源：1）计算资源：存储、运算器等资源。2）云制造的软资源：制造过程中的各种模型、数据、信息、软件、知识等。3）云制造的硬资源: 各类制造硬设备如机床、加工中心、仿真设备、计算设备、试验设备等。4）制造能力资源：制造过程中有关的论证、设计、生产、仿真、实验、管理和集成等能力。为了感知各种制造资源，在云制造虚拟资源构建中，应引入物联网体系的感知层，采集物理世界中发生的物理事件和数据，确保为云制造平台的应用服务层提供分析所需的原始数据。通过视频感知、定位感知等前端建设或接入，实现对制造资源和制造能力的全面实时采集。云制造虚拟资源体系如图3所示。

图3 云制造虚拟资源体系

2.3 云制造平台总体结构

云计算所提供的服务同样也包括中, 并与制造全生命周期各环节服务相互交叉。云制造中除了包括 IaaS, PaaS, SaaS 外,更加重视和强调制造全生命周期中所需的其他服务, 如论证为服务( Argumentation as a Service, AaaS)、经营管理为服务( Management as a Service, MaaS)、设计为服务( Design as a Service,DaaS)、实验为服务( Experiment as a Service, EaaS)、生产加工为服务( Fabrication as a Service, FaaS)、集成为服务( Integration as a Service,InaaS)、仿真为服务( Simulation as a Service, SimaaS )等云制造体系架构包括云制造服务管理、云制造服务资源、云制造服务提供、云制造客户端几个方面，云制造体系架构如图4所示。

图4 云制造平台的总体结构

3 云制造中的关键技术

云制造中的关键技术包括下面五个方面：1）云制造的制造资源和制造能力的云端化技术：包括物联网技术、云终端服务虚拟化技术和云计算互接入技术等。2）云制造的模式、体系架构、标准、规范：包括云制造的体系结构，云制造的相关标准、协议，云制造模式下的制造资源共享、互操作模式，云制造相关规范。3）云制造业务管理模式与技术：包括云制造模式下企业业务流程的动态构造、管理与执行技术，云制造服务的成本、评估方法和技术，云制造模式各方信用管理机制与实现，云服务的电子支付技术等。4）制造云服务的综合管理技术：包括云服务的接入管理技术，云用户管理技术，云制造服务的动态组合与优化技术，云制造任务的动态构建、分解与部署技术，云制造服务的协同技术，高效能、智能化的云制造服务搜索与匹配技术等。5）云制造安全与可信制造技术：包括制造云终端的可信接入技术，制造云可信网络技术，制造云的可信运营技术，云模型理论的软件可靠性评估方法等。